Диссертация (1149385), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Как было показано выше, различные типы дислокациисоздают широкий набор энергетических уровней, через которые рекомбинация неосновных носителей тока может быть, как излучательной, так и безызлучательной.Безызлучательная рекомбинация на дислокациях в GaNРассмотрим вначале основные работы, посвящённые безызлучательной рекомбинацииносителей на различных типах дислокаций в GaN. В работе [132] была продемонстрирована зависимость квантового выхода света из кристаллов GaN с различной плотностью дислокаций(рис.
1.23), из которой можно сделать вывод о значительном вкладе ПД в безызлучательнуюрекомбинацию. В первых работах, в которых наблюдалась прямая корреляция между морфологическими/структурными особенностями и безызлучательной рекомбинацией носителей, типдислокаций не упоминается [112,133]. Однако, последующие исследования [1,134]позволили установить, что различные типы дислокаций обладают отличающимисярекомбинационнымисвойствами.Нарис. 1.24 (Б) представлено изображение вовторичных электронах после селективноготравления, где ямки травления имеют различную форму от различных типов дислокаций. На рис. 1.24 (А) представлена панхроматическая КЛ карта того же участка,Рис.
1.23 Эффективность фотолюминесценции взависимости от плотности прорастающих дислокаций [132]на которой видно, что некоторым ямкам травления соответствуют черные точки – безызлучательные центры рекомбинации. Анализ форм ямок травления показал, что точечный тёмныйконтраст имеют прорастающие дислокации смешанного и краевого типов (ромб и квадрат наизображениях). Также протяжённый тёмный контраст имели винтовые дислокации в базиснойплоскости. С другой стороны, с-винтовые дислокации, выделенные кругом рис. 1.24 (А и Б), неимели темных контрастов, т.е.
не проявляли рекомбинационной активности. На рис. 1.24 (В)представлены профили интенсивности КЛ с-винтовой, прорастающей а-краевой и свежей а-41дислокации дислокаций. Как предполагают авторы работы, краевые прорастающие дислокацииимеют аномально высокий контраст порядка 25% вследствие декорирования ядер дислокацийлегирующими примесями во время роста. Данный факт подтверждается КЛ спектрамирис. 1.24 (Г), на которых наблюдается снижение уровня интенсивности экситона, связанного наSi и O, по сравнению с интенсивностью данных линий в бездислокационной части кристаллаGaN. Однако, данные результаты противоречат работе [135], где краевые дислокации в базисной плоскости более электрически активны, чем краевые дислокации в направлении с.
Винтовые же дислокации в направлении с в обоих работах [1,135] не проявляют электрической активности, что, однако, противоречит теоретическим расчётам [124].Рис. 1.24 (А) КЛ снимок GaN. Черные точки - прорастающие дислокации являющиеся безызлучательными центрами рекомбинации; (Б) изображение во вторичных электронах послеселективного травления; (В) профиль КЛ интенсивности с-винтовой дислокации, ПД акраевой дислокации и свежей а-дислокации; (Г) КЛ спектр а-дислокации и объёмной частикристалла; (Д) КЛ спектр с-винтовой дислокации и объёмной части кристалла[1].По данным работы [136] в кристаллах GaN, выращенных на неполярных плоскостях, образуется большое количество дефектов упаковки в базисной плоскости, ограничиваемых частичными дислокациями, которые проявляли свойства безызлучательных центров рекомбинации.
Также имеются сообщения о безызлучательном характере рекомбинации дислокаций различных типов, введённых локальной пластической деформацией, а именно: 1) винтовые и смешанные дислокации в базисной плоскости; 2) краевые дислокаций в призматических плоскостях; 3) дислокаций в двух возможных пирамидальных плоскостях скольжения [10,11,137].42Излучательная рекомбинация носителей тока на прорастающих дислокацияхПервое упоминание о наблюдении дислокационной люминесценции в GaN было в 1996году на плёнках GaN толщиной 0.6 мкм, выращенных методом MOCVD на SiC подложках[138]. Несколько пиков люминесценции с энергией примерно 3.4 эВ наблюдалось при 11 К, которые в свою очередь присваивались экситону, связанному на дислокации, заряженному связанному экситону и дырки захваченной с-винтовыми дислокациями. Однако прямой корреляции данных линий люминесценции с каким-либо типом структурных дефектов авторы статьине приводят, а лишь опираются на теоретические обоснования и экспериментальные результаты других работ.
Позднее исследователями были обнаружены линии люминесценции, обозначенные как Y7 и Y4, с энергиями 3.2 и 3.35 эВ [139] соответственно, которые ассоциировались сточечными дефектами захваченными прорастающими краевыми дислокациями [140], т.к. присутствуют исключительно в областях с повышенной концентрацией ПД ~ 5·109 см-2 в сравнениис бездислокационными участками ~ 106 см-2. С другой стороны, как подчёркивают сами авторы,они не наблюдали данных линий в других образцах со схожей плотностью ПД [141]. Наконец,исследование неполярных образцов в сканирующем просвечивающем микроскопе с возможностью регистрации катодолюминесценции показало прямую корреляцию положения частичныхдислокаций, ограничивающих дефект упаковки, с положением областей свечения в монохроматическом режиме с энергией квантов 3.29 эВ [142]. Описанные выше результаты получены надислокациях, появившихся в процессе роста, т.е. при температурах порядка 1100°C, когда подвижность точечных дефектов и атомов примеси высока, и высоковероятным является процессдекорирование ядер дислокаций этими дефектами.
Отсюда следует, что люминесценция вероятнее всего вызвана различными комплексами, связанными на дислокациях, а не истиннымисвойствами дислокаций. В остальных же случаях, как было описано выше, ростовые дислокации чаще всего являются безызлучательными центрами рекомбинации.Излучательная рекомбинация носителей тока на дефектах упаковкиЛюминесценция ДУ в GaN является распространённым явлением, которой посвященобольшое количество работ [39,143–146]. Энергия излучения каждого из типов ДУ варьируется внекотором диапазоне энергий, но при этом является достоверным критерием их различия: I13.40-3.42 эВ, I2 3.32-3.36 эВ, E 3.29 эВ [39].
Ширина запрещённой зоны гексагональной фазы hGaN 3.47 эВ, кубической фазы c-GaN – 3.27 эВ [147,148], следовательно ДУ в h-GaN можнорассматривать как квантовые ямы [149].В литературе предложены две основные модели для описания наблюдаемых оптическихсвойств ДУ в GaN. В первой модели при рассмотрении ДУ предполагается отсутствие встроенных внутренних электрических полей в прослойке h-GaN/c-GaN/h-GaN (WZ/ZB/WZ), котороеобъясняется их экранированием свободными электронами в объёме n-GaN и/или перекрытием43зарядов между двумя противоположными межфазными областями. В таком предположении изменение энергии излучения различных ДУ в GaN связывалось с высокой чувствительностьюэнергии связи экситона к флуктуациям потенциала из-за наличия донорной примеси в объёмеквантовой ямы [150]. Во второй модели, объясняющей люминесцентные свойства ДУ в GaNразличной толщины, напротив, учитывается заряд, скапливающийся на интерфейсах, вследствие спонтанной поляризации структуры вюрцита (рис.
1.25 (А)). Появление встроенногоэлектрического поля пространственно разделяет электроны и дырки и приводит к уменьшениюэнергии излучения Eex (квантово-размерный эффект Штарка). Авторы используют модель плоского конденсатора для расчёта плотности заряда ⃗⃗⃗⃗⃗| | = =∆0,∆(6)где ∆ – изменение потенциала при увеличении толщины ∆ включения кубической фазы[39,144]. Предложенная модель интуитивно понятно описывала наблюдаемое экспериментально красное смещение энергии излучения ДУ в зависимости от его толщины (рис.
1.25 (Б)). Подтверждением модели служило наблюдение смещения излучения в высокоэнергичную сторону[39] при увеличении мощности накачки, которое связывалось с экранировкой заряда на интерфейсе ДУ.(А)(Б)Рис. 1.25 (А) Схематическое изображение зонной диаграммы ДУ упаковки в GaN с учётомэлектрического заряда на интерфейсе ДУ.
(Б) Схематическое изображение зонной диаграммы для трёх типов ДУ, приводящее к красному смещению излучения с увеличением их толщины [144].1.4.2.4. Свежевведённые дислокации в нитриде галлияИмеется также несколько работ по люминесцентным свойствам дислокаций, введённыхпластической деформацией кристаллов GaN. Yonenaga и др. [151] после объёмной пластической деформации при 950°С кристаллов GaN обнаружили три люминесцентные полосы с энергиями 1.79, 1.92 и 2.4 эВ, которые исчезали после дополнительного отжига при той же температуре 950°С. Авторы предположили, что данные полосы люминесценции связаны с сегрегациейVGa-ON комплексов на краевых дислокациях, а дислокации с вектором Бюргерса 1/3[11-20] впризматических плоскостях (1-100) не дают вклада в жёлтую люминесценцию. Данная работа в44целом подтверждает идею о том, что точечные дефекты/комплексы на дислокациях являютсяпричиной, тех или иных полос люминесценции, связанных с прорастающими дислокациями,образующими уровни вблизи середины запрещённой зоны.В другой работе [10] для внедрения свежих дислокаций авторы использовали индентирование с при температуре 370°С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
